CN112910819A - 一种高动态场景下深度扩频低轨卫星载波同步方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了高动态场景下深度扩频低轨卫星载波同步方法及系统。包括：S1，对下变频数据进行匹配滤波；S2，获取滤波数据的起始位置、频偏值和频偏变化率，对滤波数据进行粗补偿；S3，解扩粗补偿数据；设置频偏步进值和频偏变化率步进值；S4，利用频偏值和频偏变化率对解扩数据进行多普勒频率补偿，利用相位估计对二次补偿数据进行相位补偿获得三次补偿数据；S5，通过锁相环对三次补偿数据进行相位跟踪获得精补偿数据；S6，对精补偿数据进行CRC校验，若校验失败，更新频偏值和频偏变化率，返回S4和S5。捕获阶段实现频偏粗补偿，扫频阶段将信号频偏减小到1Hz以内，跟踪阶段实现1Hz以内频偏补偿，实现载波信号精同步。
Description
技术领域
本发明涉及低轨卫星信号载波同步技术领域，特别是涉及一种高动态场景下深度扩频低轨卫星载波同步方法及系统。
背景技术
低轨卫星由于功能密集度高、成本低、体积小等诸多优点，越来越受到人们的关注，在航空航天、通信应急、测控等领域有着广阔的应用前景。目前，低轨卫星正不断向网络化及星群化发展。作为军事通信信息化的重要保证，由星间链路构成的低轨卫星网络可为全球化的数据通信提供支持，是全球卫星通信系统的重要组成部分。
低轨卫星与地面终端之间的通信链路，其动态特性如何主要取决于卫星与地面终端的相对运动。当地面终端相对于地面静止时，卫星与该通信终端的相对运动速度很大，特别是当与低轨卫星通信的终端是高速弹载或机载、或是其它的飞行器时，通信链路双方的相对运动速度更高，相应产生的多普勒效应更大，这就导致地面终端与卫星的通信链路间存在更高的动态。由于当通信链路间存在高动态时，会产生较大的多普勒效应，导致接收端接收信号与本地伪码间存在较大的多普勒频偏；另外，由于低轨卫星绕地球做圆周运动，因此它与通信链路另一端的相对运动情况是实时变化的，随之产生的多普勒频偏也跟着实时变化。因此，低轨卫星通信接收信号的多普勒的动态范围很大。
低轨卫星通信中，为便于地面终端在特种场合进行伪装并提高系统的抗截获能力，防止通信时信息被截获和干扰，隐蔽通信往往要求地面终端发射功率谱密度要极低。发送端通过扩频将窄带信号扩展为宽带信号，接收端通过解扩处理将宽带有用信号变为窄带信号，同时将窄带干扰信号展宽为宽带信号，经过窄带滤波后，干扰信号的大部分能力被滤除，对干扰信号具有明显的抑制作用。因此，扩频技术在隐蔽通信应用领域具有显著优点，在低轨卫星通信中，为提高通信系统的保密性，往往需要对发送信号进行深度扩频，将发送信号的频谱扩展到很宽的频带。
低轨卫星与地面通信时由于高动态引起的多普勒效应非常大，这导致接收信号相对本地伪码存在高达几百kHz的多普勒频偏。低轨卫星通信中，为保证通信质量，不仅需对发送信号进行深度扩频，而且接收端需对信号进行精确的载波同步以消除多普勒频偏。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种应用于动态场景下的度扩频低轨卫星载波同步方法、系统。
为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种高动态场景下深度扩频低轨卫星载波同步方法，包括：步骤S1，对接收数据进行下变频获得下变频数据，对所述下变频数据进行匹配滤波获得滤波数据；步骤S2，获取所述滤波数据的起始位置、每个采样时间点的频偏值和频偏变化率，利用每个采样时间点的频偏值对该采样时间点的滤波数据进行粗补偿获得粗补偿数据；步骤S3，解扩所述粗补偿数据获得解扩数据；设置频偏步进值和频偏变化率步进值；步骤S4，利用每个采样时间点的频偏值和频偏变化率对该采样时间点的解扩数据进行补偿获得二次补偿数据，对第二次补偿数据进行相偏估计获得每个采样时间点的相位估计，利用每个采样时间点的相位估计对该采样时间点的二次补偿数据进行补偿获得三次补偿数据；步骤S5，通过锁相环对三次补偿数据进行相位跟踪获得精补偿数据；步骤S6，对所述精补偿数据进行CRC校验，若校验通过，载波同步处理完成，输出所述精补偿数据，若校验失败，将每个采样时间点的频偏值更新为上一循环的频偏值与频偏步进值之和，将每个采样时间点的频偏变化率更新为上一循环的频偏变化率与频偏变化率步进值之和，返回执行步骤S4和步骤S5。
上述技术方案：提供了一种深度扩频的低轨卫星在高动态环境下的载波同步方法，针对低轨卫星对大频偏及其变化率的信道极其敏感能够有效解决低轨卫星通信中的解扩后突发信号带宽小、大多普勒频移及变化率、频偏估计和频偏变化率估计不准确情况下的载波同步问题。针对低轨卫星对大频偏及其变化率的信道极其敏感，本方法主要包括捕获、扫频和跟踪三个阶段，逐级补偿频偏直到逼近真实信号，捕获阶段实现频偏估计和频偏粗补偿，将信号的多普勒频偏减小到几十Hz以内，实现载波信号粗同步；扫频阶段对频偏及变化率进行二维循环补偿以及对相偏进行补偿的三次补偿，将信号频偏减小到1Hz以内；跟踪阶段使用锁相环，进行频率和相位的跟踪，补偿小数位频偏，实现载波信号精同步，获得原始载波的精确恢复，有利于加快数据的处理速度。设置CRC校验判决步骤，以及当校验不合格时通过对频偏和频偏变化率步进调节后循环补偿，直到CRC校验通过为止，确保了最终输出的精补偿数据能够精确载波同步。
在本发明的一种优选实施方式中，在所述步骤S2中，粗补偿过程为：设第k个采样时间点的滤波数据为x0(kT)，按照公式
获得该采样时间点的粗补偿数据x1(kT)，其中，T表示采样周期，Δfk表示第k个采样时间点的频偏值。
上述技术方案：上述粗补偿方法能够将信号的多普勒频偏减小到几十Hz以内。
在本发明的一种优选实施方式中，在所述步骤S4中，二次补偿的过程为：设第k个采样时间点的解扩数据为x2(kT)，按照公式
获得该采样时间点的二次补偿数据x3(kT)，其中，T表示采样周期，Δfk表示第k个采样时间点的频偏值，Δfk'表示第k个采样时间点的频偏变化率。
上述技术方案：上述二次补偿有利于将信号频偏减小到1Hz以内。
在本发明的一种优选实施方式中，在所述步骤S4中，三次补偿的过程为：设第k个采样时间点的二次数据为x3(kT)，按照公式
获得该采样时间点的三次补偿数据x4(kT)，其中，T表示采样周期，ek表示第k个采样时间点的相偏估计值。
上述技术方案：上述二次补偿有利于将信号频偏减小到1Hz以内。
在本发明的一种优选实施方式中，在所述步骤S2中，获取所述滤波数据的起始位置、每个采样时间点的频偏值和频偏变化率，过程包括：步骤A，根据接收数据的帧类型计算接收数据的前序长度Prealen，从滤波数据中依次读取长度为前序长度Prealen的多个样本，同步执行步骤B和步骤C；步骤B，计算各样本的能量，若连续能量大于能量门限值的样本数量大于等于n，进入步骤D，若连续能量大于能量门限值的样本数量小于n，清零输入数据并清零捕获标志；所述n为正整数；步骤C对每个样本数据进行如下操作，具体包括：步骤C1，对所述样本数据进行2次方运算后再与blackman窗函数相乘获得加窗数据；步骤C2，对所述加窗数据进行N点FFT运算并搜索能量最大值α以及能量最大值索引index；步骤C3，按照修正公式获得能量最大值索引index的索引修正量Δindex，所述修正公式为：Δindex＝0.5*(α-γ)/(α-2*β+γ)，β和γ分别为能量最大值α数据点的前一个数据点的能量值和后一个数据点的能量值；步骤C4，最终频偏估计索引corr_index为：corr_index＝index+Δindex；当
时，多普勒频偏索引Doppler_index＝corr_index-N，当
时，多普勒频偏索引Doppler_index＝corr_index；获得所述样本数据的多普勒频偏为：
Fs表示采样频率；步骤C5，将所述样本数据的多普勒频偏作为该样本中每个采样时间点的频偏值；步骤D，根据连续两个样本的频偏值之差和每个样本的总采样时间，得到每个样本的频偏变化率，并将所述样本的频偏变化率作为该样本中每个采样时间点的频偏变化率，输出对应捕获标志。
上述技术方案：采用FFT频域捕获，可大大提高扩频码的捕获精度，对相对移动引入的Doppler(多普勒)频偏进行估计和消除，采用窗函数+FFT机制实现频偏粗估计，能顾有效改善通信的突发性带来的捕获不准确问题。
在本发明的一种优选实施方式中，在所述步骤S5中，所述锁相环包括：鉴相器模块，用于比较当前精补偿数据中实部数据和虚部数据的相位并输出与两者相位差对应的方波信号；环路滤波器模块，接收所述鉴相器模块输出的方波信号，对所述方波信号进行滤波并输出与所述方波信号对应的直流电压信号；数字本振模块，接收所述环路滤波器模块输出的直流电压信号并输出频率与所述直流电压信号对应的时钟信号；累加计数器模块，接收数字本振模块输出的时钟信号并对所述时钟信号进行累加，将累加后的信号与当前精补偿数据相乘后作为新的精补偿数据输出。
上述技术方案：能够补偿信号1Hz以内的频偏，提高载波同步精度。
在本发明的一种优选实施方式中，所述鉴相器模块获取相位差的公式为：
其中，Ik表示第k个采样时间点的补偿数据的实部数据，Qk表示第k个采样时间点的补偿数据的虚部数据。
为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种用于动态场景下的深扩频低轨卫星载波同步系统，包括接收模块和处理器，所述接收模块接收无线数据并将所述无线数据传输至所述处理器，所述处理器执行本发明所述的用于动态场景下的深度扩频低轨卫星载波同步方法的步骤对所述无线数据进行同步载波处理。
上述技术方案：针对低轨卫星对大频偏及其变化率的信道极其敏感，加之由于估计精度的问题必然会产生估计误差，本系统采用二维频偏补偿法，保证频偏估计残差及其变化率残差的精确补偿，以精确恢复原始载波，对未来低轨卫星载波同步产生积极影响。
附图说明
图1是本发明一具体实施方式中应用于动态场景下的度扩频低轨卫星载波同步方法的实现流程图；
图2是本发明一具体实施方式中获取滤波数据的起始位置、每个采样时间点的频偏值和频偏变化率的流程示意图；
图3是本发明一具体实施方式中二次补偿算法实现流程示意图；
图4是本发明一具体实施方式中锁相环结构示意图；
图5是本发明一具体实施方式中本申请方法与传统方法在高动态信道下的迪比仿真图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本发明公开了一种高动态场景下深度扩频低轨卫星载波同步方法，在一种优选实施方式中，如图1所示，该方法包括：
步骤S1，对接收数据进行下变频获得下变频数据，对下变频数据进行匹配滤波获得滤波数据，滤除高频分量以及带外干扰，提高信噪比的同时不引入码间串扰。利用扩频伪随机序列对信号进行扩频，使得信号频谱相对原始数据信息大大展宽。扩频技术作为一种比较有效的抗干扰手段，在有效的信号频带内，干扰信号的功率降低，因此输出信噪比增大，即系统处理增益变大，抗干扰能力变强。在强干扰环境下，信号即使淹没在噪声中接收端也能正确接收解调。
步骤S2，获取滤波数据的起始位置、每个采样时间点的频偏值和频偏变化率，利用每个采样时间点的频偏值对该采样时间点的滤波数据进行粗补偿获得粗补偿数据，每个采样时间点的滤波数据都通过对应的频偏值进行补偿，能够将信号的多普勒频偏减小到几十Hz以内，实现载波粗同步。优选但不限于采用FFT频偏获取滤波数据的起始位置、每个采样时间点的频偏值和频偏变化率。
步骤S3，解扩粗补偿数据获得解扩数据；设置频偏步进值和频偏变化率步进值。
步骤S4，如图3所示，利用每个采样时间点的频偏值和频偏变化率对该采样时间点的解扩数据进行补偿获得二次补偿数据，对第二次补偿数据进行相偏估计获得每个采样时间点的相位估计，利用每个采样时间点的相位估计对该采样时间点的二次补偿数据进行补偿获得三次补偿数据。由于FFT频偏估计的精度问题会产生频偏残差及其变化率残差，因此在完成信号粗频偏补偿和解扩后，通过二维矩阵扫频法以消除残留频偏(整数位频偏)，以及实现一定频偏变化率的精确补偿。相偏估计优选但不限于采用现有的相关估计算法，如公开号为CN102244641A的中国专利中所公开的技术方案，在此不再赘述。
步骤S5，如图3所示，通过锁相环对三次补偿数据进行相位跟踪获得精补偿数据。
步骤S6，对精补偿数据进行CRC校验，若校验通过，载波同步处理完成，同步标志位flag置1，将精补偿数据作为有效数据输出，若校验失败，同步标志位flag置－1，将每个采样时间点的频偏值更新为上一循环的频偏值与频偏步进值之和，将每个采样时间点的频偏变化率更新为上一循环的频偏变化率与频偏变化率步进值之和，返回执行步骤S4和步骤S5，进入下一次循环。
在本实施方式中，优选的，根据频偏估计误差范围和锁相环所能消除的频偏最大颗粒度设置频偏步进值和频偏变化率步进值，可根据实际应用场景结合上述要求经验设置。
在本实施方式中，在步骤S6中，可根据CRC校验返回标志位flag判断是否解调正确，若正确则退出循环，得到解调结果；若不正确则继续下一次循环。
在本实施方式中，该方法针对基于深度扩频的低轨卫星信号对大多普勒频偏及其变化率的信道极其敏感，解扩前通过FFT捕获实现粗频偏估计与补偿，解扩后对频偏及其变化率采用二维频偏补偿法，保证由于估计精度问题产生的频偏估计残差及其变化率残差的整数倍频偏补偿，接着通过锁相环进行小数倍频偏跟踪补偿，以精确恢复原始载波，从而使得所选方法对未来低轨卫星载波同步产生积极影响，最终实现高动态环境下频偏及其变化率的精准补偿，并且提升载波恢复精确度。
在一种优选实施方式中，在步骤S2中，粗补偿过程为：设第k个采样时间点的滤波数据为x0(kT)，按照公式
获得该采样时间点的粗补偿数据x1(kT)，其中，T表示采样周期，Δfk表示第k个采样时间点的频偏值。
在一种优选实施方式中，在步骤S4中，二次补偿的过程为：设第k个采样时间点的解扩数据为x2(kT)，按照公式
获得该采样时间点的二次补偿数据x3(kT)，其中，T表示采样周期，Δfk表示第k个采样时间点的频偏值，Δfk'表示第k个采样时间点的频偏变化率。
在一种优选实施方式中，在步骤S4中，三次补偿的过程为：设第k个采样时间点的二次数据为x3(kT)，按照公式
获得该采样时间点的三次补偿数据x4(kT)，其中，T表示采样周期，ek表示第k个采样时间点的相偏估计值。
在一种优选实施方式中，在步骤S2中，获取滤波数据的起始位置、每个采样时间点的频偏值和频偏变化率，如图2所示，过程包括：
步骤A，根据接收数据的帧类型计算接收数据的前序长度Prealen，不同帧类型的前序长度Prealen的计算公式如图2所示，从滤波数据中依次读取长度为前序长度Prealen的多个样本，同步执行步骤B和步骤C。如图2所示，根据帧类型，Fs和Fb计算并提取接收信号的前序长度Prealen(即Pream+GuardTime信息)，帧类型用户可根据需要设置，如设置为1类、2类和3类，Fs表示采样频率，接收数据时的采样频率，Fb表示符号速率。
步骤B，计算各样本的能量，若连续能量大于能量门限值的样本数量大于等于n，进入步骤D，进行偏偏变化率计算和粗补偿，若连续能量大于能量门限值的样本数量小于n，清零输入数据并清零捕获标志；能量门限值可预选设置，n为正整数，优选的，n为8。
步骤C对每个样本数据进行如下操作，具体包括：
步骤C1，对样本数据进行2次方运算后再与blackman窗函数相乘获得加窗数据；
步骤C2，对加窗数据进行N点FFT运算并搜索能量最大值α以及能量最大值索引index；
步骤C3，按照修正公式获得能量最大值索引index的索引修正量Δindex，修正公式为：Δindex＝0.5*(α-γ)/(α-2*β+γ)，β和γ分别为能量最大值α数据点的前一个数据点的能量值和后一个数据点的能量值；
步骤C4，最终频偏估计索引corr_index为：corr_index＝index+Δindex；
当
时，多普勒频偏索引Doppler_index＝corr_index-N，当
时，多普勒频偏索引Doppler_index＝corr_index；
获得样本数据的多普勒频偏为：
Fs表示采样频率；
步骤C5，将样本数据的多普勒频偏作为该样本中每个采样时间点的频偏值；
步骤D，根据连续两个样本的频偏值之差和每个样本的总采样时间，得到每个样本的频偏变化率，并将样本的频偏变化率作为该样本中每个采样时间点的频偏变化率，输出对应捕获标志。
在本实施方式中，通过计算前序preamble部分信号能量差异实现接收信号数据帧头toa(起始位置)的确认与提取，确保能提取到完整数据帧信息，完成信号的捕获。同时通过FFT运算估计出多普勒频偏及其变化率，并进行信号的粗频偏补偿。
在本实施方式中，判断接收信号是否为调制信号的机制是检测接收信号能量，本方法采用直接计算接收信号(保护+前导)－2＊(Fs/Fb)长度采样信息能量连续大于门限个数来判断调制信息，附带输出数据帧头位置粗估计值。
在一种优选实施方式中，在步骤S5中，如图4所示，锁相环包括：鉴相器模块(syn＿ped)，用于比较当前精补偿数据中实部数据和虚部数据的相位并输出与两者相位差对应的方波信号，锁相环开始工作时的当前精补偿数据的三次补偿数据；环路滤波器模块(syn＿lpf)，接收鉴相器模块输出的方波信号，对方波信号进行滤波并输出与方波信号对应的直流电压信号；数字本振模块(nco)，接收环路滤波器模块输出的直流电压信号并输出频率与直流电压信号对应的时钟信号；累加计数器模块(DDS)，接收数字本振模块输出的时钟信号并对时钟信号进行累加，将累加后的信号与当前精补偿数据相乘后作为新的精补偿数据输出。
在本实施方式中，锁相环的设计在通信系统中起着重要作用。但是在实际中，如果要锁相环快速收敛，需采用较大的环路带宽，但在低信噪比条件下失锁的概率也很大；如果环路带宽比较窄，锁相环的收敛速度很慢；均不满足卫星接收机在突发体制下快速锁定的要求。在低信噪比条件下，为增加锁相环收敛的概率，又能快速锁定，就需进入锁相环的剩余频差很小，因此本发明提供的载波同步方法首先通过粗补偿步骤使信号的频偏在几十Hz以内，后续通过二维扫频(频偏和频偏变化率结合补充)的二次补偿以及相偏的三次补偿使输入锁相环的信号的频偏在1Hz以内，这样保证了增加锁相环收敛的概率，又能快速锁定。
在一种优选实施方式中，鉴相器模块获取相位差的公式为：
其中，Ik表示第k个采样时间点的补偿数据的实部数据，Qk表示第k个采样时间点的补偿数据的虚部数据，sign(·)为符号函数。
如图5所示，将上述所设计一种高动态场景下的深度扩频载波同步方法，应用到实际当中，使用Matlab在大频偏及其变化率信道环境中进行构建仿真环境，系统载波中心频率Ka频段(30GHz)，在整个卫星覆盖范围内，下行多普勒频率高达±650KHz，频偏变化率为4KHz，该方法在低信噪比(Eb/N0＝－30dB)环境下表现良好，能够准确地解析数据，误比特率可达10－6，如图5所示，纵坐标为比特出错概率，横坐标为信噪比，图5中上面一条曲线为传统载波同步方法获得的仿真结果，下面一条曲线为本申请提供的载波同步方法获得的仿真结果。
本发明提供的高动态场景下深度扩频低轨卫星载波同步方法与现有技术相比，具有以下技术效果：
(1)本发明一种高动态场景下深度扩频低轨卫星载波同步方法，该算法使用深度扩频技术，在有效的信号频带内，干扰信号的功率降低，因此输出信噪比增大，即系统处理增益变大，抗干扰能力变强。在实际工程项目中，人们往往通过分析系统的处理增益来了解其抗干扰能力。
(2)本发明一种高动态场景下深度扩频低轨卫星载波同步方法，该算法考虑到在卫星通信中面对的最大问题是收发不同频问题，因此需要对位置移动引入的多普勒doppler频率进行粗估计和消除，有利于加快数据的处理速度。
(3)本发明一种高动态场景下深度扩频低轨卫星载波同步方法，针对低轨卫星对大多普勒频移及其频偏变化率的信道极其敏感，由于估计精度的问题必然会产生估计误差，该算法采用二维矩阵扫频法，以补偿频偏估计及其变化率的整数倍残差；
(4)本发明一种高动态场景下深度扩频低轨卫星载波同步方法，考虑到整数位频偏步进补偿后会遗留小数值频偏，该算法在完成消除频偏估计残留的整数位频偏后，通过锁相环实现小数位频偏的补偿，获得原始载波的精确恢复。
本发明公开了一种高动态场景下深度扩频低轨卫星载波同步方法，该方法针对低轨卫星对大频偏及其变化率的信道极其敏感，加之由于估计精度的问题必然会产生估计误差，本发明方法采用二维矩阵扫频法，保证频偏估计残差及其变化率残差的精确补偿，通过频偏粗估计和精估计以精确补偿整数倍和小数倍频偏，恢复原始载波，从而使得所选方法对未来低轨卫星载波同步产生积极影响。
本发明还公开了一种用于动态场景下的深扩频低轨卫星载波同步系统，在一种优选实施方式中，该系统包括接收模块和处理器，接收模块接收无线数据并将无线数据传输至处理器，处理器执行上述用于动态场景下的深度扩频低轨卫星载波同步方法的步骤对无线数据进行同步载波处理。接收模块优选但不限于为无线接收模块。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种高动态场景下深度扩频低轨卫星载波同步方法，其特征在于，包括：
步骤S1，对接收数据进行下变频获得下变频数据，对所述下变频数据进行匹配滤波获得滤波数据；
步骤S2，获取所述滤波数据的起始位置、每个采样时间点的频偏值和频偏变化率，利用每个采样时间点的频偏值对该采样时间点的滤波数据进行粗补偿获得粗补偿数据；
步骤S3，解扩所述粗补偿数据获得解扩数据；设置频偏步进值和频偏变化率步进值；
步骤S4，利用每个采样时间点的频偏值和频偏变化率对该采样时间点的解扩数据进行补偿获得二次补偿数据，对第二次补偿数据进行相偏估计获得每个采样时间点的相位估计，利用每个采样时间点的相位估计对该采样时间点的二次补偿数据进行补偿获得三次补偿数据；
步骤S5，通过锁相环对三次补偿数据进行相位跟踪获得精补偿数据；
步骤S6，对所述精补偿数据进行CRC校验，若校验通过，载波同步处理完成，输出所述精补偿数据，若校验失败，将每个采样时间点的频偏值更新为上一循环的频偏值与频偏步进值之和，将每个采样时间点的频偏变化率更新为上一循环的频偏变化率与频偏变化率步进值之和，返回执行步骤S4和步骤S5。
2.如权利要求1所述的高动态场景下深度扩频低轨卫星载波同步方法，其特征在于，在所述步骤S2中，粗补偿过程为：设第k个采样时间点的滤波数据为x0(kT)，按照公式
获得该采样时间点的粗补偿数据x1(kT)，其中，T表示采样周期，Δfk表示第k个采样时间点的频偏值。
3.如权利要求1所述的高动态场景下深度扩频低轨卫星载波同步方法，其特征在于，在所述步骤S4中，二次补偿的过程为：设第k个采样时间点的解扩数据为x2(kT)，按照公式
获得该采样时间点的二次补偿数据x3(kT)，其中，T表示采样周期，Δfk表示第k个采样时间点的频偏值，Δfk'表示第k个采样时间点的频偏变化率。
4.如权利要求1所述的高动态场景下深度扩频低轨卫星载波同步方法，其特征在于，在所述步骤S4中，三次补偿的过程为：设第k个采样时间点的二次数据为x3(kT)，按照公式
获得该采样时间点的三次补偿数据x4(kT)，其中，T表示采样周期，ek表示第k个采样时间点的相偏估计值。
5.如权利要求1所述的高动态场景下深度扩频低轨卫星载波同步方法，其特征在于，在所述步骤S2中，获取所述滤波数据的起始位置、每个采样时间点的频偏值和频偏变化率，过程包括：
步骤A，根据接收数据的帧类型计算接收数据的前序长度Prealen，从滤波数据中依次读取长度为前序长度Prealen的多个样本，同步执行步骤B和步骤C；
步骤B，计算各样本的能量，若连续能量大于能量门限值的样本数量大于等于n，进入步骤D，若连续能量大于能量门限值的样本数量小于n，清零输入数据并清零捕获标志；所述n为正整数；
步骤C对每个样本数据进行如下操作，具体包括：
步骤C1，对所述样本数据进行2次方运算后再与blackman窗函数相乘获得加窗数据；
步骤C2，对所述加窗数据进行N点FFT运算并搜索能量最大值α以及能量最大值索引index；
步骤C3，按照修正公式获得能量最大值索引index的索引修正量Δindex，所述修正公式为：Δindex＝0.5*(α-γ)/(α-2*β+γ)，β和γ分别为能量最大值α数据点的前一个数据点的能量值和后一个数据点的能量值；
步骤C4，最终频偏估计索引corr_index为：corr_index＝index+Δindex；
当
时，多普勒频偏索引Doppler_index＝corr_index-N，当
时，多普勒频偏索引Doppler_index＝corr_index；
获得所述样本数据的多普勒频偏为：
Fs表示采样频率；
步骤C5，将所述样本数据的多普勒频偏作为该样本中每个采样时间点的频偏值；
步骤D，根据连续两个样本的频偏值之差和每个样本的总采样时间，得到每个样本的频偏变化率，并将所述样本的频偏变化率作为该样本中每个采样时间点的频偏变化率，输出对应捕获标志。
6.如权利要求1所述的高动态场景下深度扩频低轨卫星载波同步方法，其特征在于，在所述步骤S5中，所述锁相环包括：
鉴相器模块，用于比较当前精补偿数据中实部数据和虚部数据的相位并输出与两者相位差对应的方波信号；
环路滤波器模块，接收所述鉴相器模块输出的方波信号，对所述方波信号进行滤波并输出与所述方波信号对应的直流电压信号；
数字本振模块，接收所述环路滤波器模块输出的直流电压信号并输出频率与所述直流电压信号对应的时钟信号；
累加计数器模块，接收数字本振模块输出的时钟信号并对所述时钟信号进行累加，将累加后的信号与当前精补偿数据相乘后作为新的精补偿数据输出。
7.如权利要求1所述的高动态场景下深度扩频低轨卫星载波同步方法，其特征在于，所述鉴相器模块获取相位差的公式为：
其中，Ik表示第k个采样时间点的补偿数据的实部数据，Qk表示第k个采样时间点的补偿数据的虚部数据。
8.一种用于动态场景下的深扩频低轨卫星载波同步系统，其特征在于，包括接收模块和处理器，所述接收模块接收无线数据并将所述无线数据传输至所述处理器，所述处理器执行权利要求1－7之一所述的用于动态场景下的深度扩频低轨卫星载波同步方法的步骤对所述无线数据进行同步载波处理。
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